CN215888687U - 一种gfrp-钢屈曲约束支撑 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种GFRP‑钢屈曲约束支撑，包括核心单元及拉挤型材，核心单元为H型钢；拉挤型材与核心单元的外形匹配，且套设设置在核心单元的外侧；拉挤型材的外侧均匀缠绕有外部缠绕层，外部缠绕层与拉挤型材的外侧之间形成填充空腔；填充空腔位于核心单元的两个翼缘之间，且对称设置在核心单元的腹板两侧；填充空腔采用填充单元充填密实；本实用新型拉挤型材能够提供足够大的侧向刚度，对核心单元提供侧向约束，有效限制核心单元发生屈曲变形；通过在拉挤型材的外侧设置外部缠绕层，有效避免了核心单元发生锈蚀，提高了结构的耐久性，且后期维护成本较低；拉挤型材及外部缠绕层作为外部约束构件，能够有效降低支撑结构的自重。

Description

一种GFRP-钢屈曲约束支撑

技术领域

本实用新型属于建筑结构抗震防灾技术领域，特别涉及一种GFRP-钢屈曲约束支撑。

背景技术

屈曲约束支撑是一种性能优良的耗能减震构件，兼备普通支撑和金属耗能阻尼器的功能。在多遇地震作用下，能够为结构提供附加刚度、减小结构变形；在罕遇地震作用下，能够屈服耗散地震能量，从而保护主体结构，起到损伤控制的作用。

目前，传统的屈曲约束支撑大多使用钢管混凝土或纯钢作为外部约束构件，钢管混凝土外部约束构件存在自重大、湿作业多等缺点，而纯钢约束构件则有易腐蚀，后期维护费用高的不足。

实用新型内容

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型提供了一种GFRP-钢屈曲约束支撑，以解决现有的GFRP-钢屈曲约束支撑存在自重大，湿作业多，维护成本较高的技术问题。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

本实用新型提供了一种GFRP-钢屈曲约束支撑，包括核心单元及拉挤型材，核心单元为H型钢；拉挤型材与核心单元的外形匹配，且套设设置在核心单元的外侧；

拉挤型材的外侧均匀缠绕有外部缠绕层，外部缠绕层与拉挤型材的外侧之间形成填充空腔；填充空腔位于核心单元的两个翼缘之间，且对称设置在核心单元的腹板两侧；填充空腔采用填充单元充填密实；拉挤型材采用GFRP拉挤型材；外部缠绕层采用GFRP布材缠绕层。

进一步的，拉挤型材包括第一型材单元及第二型材单元；第一型材单元与第二型材单元对称设置在核心单元的两侧；

第一型材单元与第二型材单元的结构相同，分别包括第一U型段、连接段及第二U型段；连接段与核心单元的腹板平行设置，连接段的一端与第一U型段连接，连接段的另一端与第二U型段连接；

其中，第一型材单元中的第一U型段套设在核心单元的上翼缘一侧，第一型材单元中的第二U型段套设在核心单元的下翼缘的一侧；第二型材单元中的第一U型段套设在核心单元的上翼缘的另一侧，第二型材单元中的第二U型段套设在核心单元的下翼缘的另一侧。

进一步的，第一U型段与核心单元的上翼缘之间采用螺栓固定，第二U型段与核心单元的下翼缘之间采用螺栓固定。

进一步的，填充单元采用多孔泡沫材料。

进一步的，还包括两个连接件；两个连接件分别设置在核心单元的两端；连接件包括端板及连接耳板；端板的一侧与核心单元的端部固定，另一端与连接耳板固定，连接耳板上设置有用于连接建筑结构的螺孔。

进一步的，核心单元的腹板上均匀开设有若干腹板开孔，若干腹板开孔沿核心单元的腹板中心线间隔布设。

进一步的，腹板开孔为圆形孔或圆角矩形孔；其中，圆角矩形孔的长轴方向与核心单元的轴线平行。

进一步的，核心单元的表面涂刷有无粘结材料。

进一步的，拉挤型材与核心单元之间设置有间隙。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供了一种GFRP-钢屈曲约束支撑，通过在核心单元的外侧套设拉挤型材，拉挤型材能够提供足够大的侧向刚度，对核心单元提供侧向约束，有效限制核心单元发生屈曲变形；通过在拉挤型材的外侧设置外部缠绕层，有效避免了核心单元发生锈蚀，提高了结构的耐久性，且后期维护成本较低；拉挤型材及外部缠绕层作为外部约束构件，能够有效降低支撑结构的自重，克服传统结构自重较大的问题；并且，拉挤型材采用GFRP拉挤型材，外部缠绕层采用GFRP布材缠绕层，均能够提供足够大的侧向刚度，侧向约束效果较好。

进一步的，拉挤型材采用第一型材单元和第二型材单元，结构简单，方便组装施工，便于对约束构件更换维护。

进一步的，通过在拉挤型材与外部缠绕层之间采用多孔泡沫材料充填，有效增加了外部约束部件的整体刚度，实现对核心单元的有效约束，避免核心单元出现局部屈曲。

进一步的，通过在核心单元中部的翼缘分别设置螺栓连接件，利用螺栓将约束支撑与建筑结构连接，保证外部约束部件与核心单元不会因为间隙的设置而发生整体错动，且施工和维护方便。

进一步的，通过在核心单元的腹板上开设腹板开孔，在核心单元上实现定点屈服，并有效减轻了约束支撑的自重；同时，利用定点屈服，能够充分发挥材料的性能，使削弱部分最先屈服，避免支撑因核心单元端部区域的破坏而过早的失效。

进一步的，通过在核心单元的表面涂刷无粘结材料，有效减小了核心单元与拉挤型材之间的摩擦作用力，有助于减小轴向力在外部约束部件中的传递，避免支撑的轴力集中分布于核心单元的端部，影响支撑延全长充分屈服耗能。

进一步的，拉挤型材与核心单元之间设置间隙，为核心单元发生屈曲变形预留空间，通过预留变形空间有效地切断核心单元与外部约束部件之间的轴力传递机制，使得二者在支撑体系中分工明确，受力更为合理。

附图说明

图1为本实用新型所述的GFRP-钢屈曲约束支撑的整体结构示意图；

图2为本实用新型所述的GFRP-钢屈曲约束支撑的截面爆炸图；

图3为本实用新型中的核心单元结构示意图；

图4为本实用新型中的核心单元的侧视图；

图5为本实用新型中的核心单元的俯视图；

图6为本实用新型中的拉挤型材与核心单元的连接结构示意图；

图7为本实用新型所述的GFRP-钢屈曲约束支撑的装配结构示意图。

其中，1核心单元，2拉挤型材，3填充单元，4外部缠绕层，5连接件，6螺栓，7第一建筑结构，8第二建筑结构；11螺栓孔，12腹板开孔；21第一型材单元，22第二型材单元；51端板，52连接耳板；100GFRP-钢屈曲约束支撑。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，以下具体实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如附图1-6所示，本实用新型提供了一种GFRP-钢屈曲约束支撑，包括核心单元1、拉挤型材2及两个连接件5，核心单元1为H型钢；拉挤型材2固定套设在核心单元1的外侧，拉挤型材2与核心单元1的外形匹配，且对称套设在核心单元1的外侧；拉挤型材2的外侧均匀缠绕有外部缠绕层4，外部缠绕层4与拉挤型材2的外侧之间形成填充空腔，填充空腔位于核心单元1的两翼缘之间，且对称设置在核心单元1的腹板两侧，填充空腔采用填充单元3填充密实；两个连接件5分别设置在核心单元1的两端，用于通过连接件5将所述的核心单元1与建筑结构连接。

核心单元1的腹板上均匀开设有若干腹板开孔12，若干腹板开孔12沿核心单元1的腹板中心线间隔布设；优选的，腹板开孔12为圆形孔或圆角矩形孔；其中，圆形孔或圆角矩形孔对称分布在核心单元1的长度方向中点两侧；圆角矩形孔的长轴方向与核心单元1的轴线平行。

核心单元1的表面涂刷有无粘结材料，通过在核心单元的表面涂刷无粘结材料，有效减小了核心单元与拉挤型材之间的摩擦作用力，有助于减小轴向力在外部约束部件中的传递，避免支撑的轴力集中分布于核心单元的端部，影响支撑延全长充分屈服耗能。

优选的，无粘结材料可采用橡胶、聚氯乙烯或环氧树脂等无粘结材料。

核心单元1采用采用低屈服点H型钢，H型钢是此支撑的核心受力单元，低屈服点钢具有易屈服、塑性变形能力高的特点，能够确保在发生地震时，支撑先于结构发生破坏，从而达到减震的作用；同时，H型钢具有良好的自稳定性，且能避免焊接对构件疲劳性能的影响。

拉挤型材2包括第一型材单元21及第二型材单元22，第一型材单元21与第二型材单元22对称设置在核心单元1的两侧；第一型材单元21与第二型材单元22的结构相同，分别包括第一U型段、连接段及第二U型段；连接段与核心单元1的腹板平行设置，连接段的一端与第一U型段连接，连接段的另一端与第二U型段连接；其中，第一U型段与第二U型段对称设置在连接段的两端；优选的，第一U型段、连接段及第二U型段采用一体式成型结构。

本实用新型中，第一型材单元21中的连接段与第二型材单元22中的连接段分别设置在核心单元1的腹板两侧；第一型材单元21中的第一U型段套设在核心单元1的上翼缘一侧，第一型材单元21中的第二U型段套设在核心单元1的下翼缘的一侧；第二型材单元22中的第一U型段套设在核心单元1的上翼缘的另一侧，第二型材单元22中的第二U型段套设在核心单元1的下翼缘的另一侧。

第一型材单元21中的第一U型段及第二U型段分别通过螺栓6与核心单元1的上翼缘及下翼缘固定连接；同样的，第二型材单元22中的第一U型段及第二U型段分别通过螺栓6与核心单元1的上翼缘及下翼缘固定连接；核心单元1的上翼缘及下翼缘上分别设置有螺栓孔11，螺栓孔对称布设在上翼缘或下翼缘的两侧；螺栓6依次贯穿第一U型段或第二U型段后与核心单元1上的螺栓孔固定连接；螺栓6采用普通螺栓，通过设置固定螺栓拉挤型材2起到限位作用。

优选的，拉挤型材2采用GFRP拉挤型材；GFRP拉挤型材具有足够大的侧向刚度，能够提供侧向约束，限制核心单元1发生屈曲变形。

优选的，填充单元3采用多孔泡沫材料，将多孔泡沫材料填充在拉挤型材2与外部缠绕层3之间的填充空腔中。

优选的，外部缠绕层4采用GERP布材缠绕层，外部缠绕层的作用是将拉挤型材捆绑在一起限制其相互错动，使其形成一个整体协同工作；采用GFRP布材作为缠绕层能充分利用GFRP布材抗拉性能强的特点，且具有自重小、耐腐蚀和易替换等优点。

本实用新型中，拉挤型材2与核心单元1之间设置有间隙，即第一型材单元或第二型材单元中的第一U型段或第二U型段与核心单元1的上翼缘或下翼缘之间设置有间隙，第一型材单元或第二型材单元中的连接段与核心单元1的腹板之间设置有间隙；拉挤型材与核心单元之间设置间隙，为核心单元发生屈曲变形预留空间，通过预留变形空间是为了有效地切断核心单元与外部约束部件之间的轴力传递机制，使得二者在支撑体系中分工明确，受力更为合理。

连接件5包括端板51及连接耳板52；端板51的一侧与核心单元1的端部固定，另一端与连接耳板52固定，连接耳板52上设置有用于连接建筑结构的螺孔；所述GFRP-钢屈曲约束支撑100倾斜设置在两个建筑结构之间，两个建筑结构上分别设置连接座；其中一个连接件5中的连接耳板52通过螺栓与第一建筑结构7上的连接座固连，另一个连接件5中的连接耳板52通过螺栓与第二建筑结构8上的连接座固连；本实用新型中，通过在核心单元的两端分别设置连接件，利用螺栓将约束支撑与建筑结构连接，施工和维护方便。

装配安装过程：

本实用新型所述的GFRP-钢屈曲约束支撑，装配过程具体如下：

按要求加工制作核心单元、拉挤型材、填充单元、外部缠绕层及连接件；

在核心单元的外侧均匀涂刷无粘结材料，之后将拉挤型材的第一型材单元与第二型材单元对称安装在核心单元的外侧，拉挤型材与核心单元之间设置间隙，并通过螺栓固定在一起；

将两个连接件通过焊接或其他固定方式，固定安装在核心单元的两端；

在拉挤型材的两侧设置填充单元，填充单元位于核心单元的腹板两侧；之后，拉挤型材及填充单元的外侧均匀缠绕GERP布材，形成外部缠绕层；即所述GFRP-钢屈曲约束支撑装配完成。

如附图7所示，以下以将所述GFRP-钢屈曲约束支撑安装在两个结构柱之间为例，安装过程如下：

分别在两个结构柱上设置安装座，将所述GFRP-钢屈曲约束支撑100倾斜吊装在第一建筑结构7与第二建筑结构8之间，并将其中一个连接件5中的连接耳板52通过螺栓与第一建筑结构7上的连接座固连，另一个连接件5中的连接耳板52通过螺栓与第二建筑结构8上的连接座固连。

工作原理：

本实用新型所述的GFRP-钢屈曲约束支撑，使用时，核心单元承受所有的轴向荷载，当该荷载超过其屈曲荷载时，核心单元将发生屈曲，而约束单元提供的刚度能够有效抑制核心单元的屈曲，从而防止轴向荷载的降低，保证了支撑的整体滞回性能；GFRP-钢屈曲约束支撑受拉受压都能达到屈服而不会发生屈曲现象，相比普通支撑受压容易产生屈曲有明显优势，并且充分的发挥了钢材的特性。

本实用新型所述的GFRP-钢屈曲约束支撑，核心单元采用H型钢，两个GFRP型材单元组合形成约束单元，并通过四个螺栓与核心单元固定，进行限位固定；H型钢的中间处腹板沿轴向开若干圆形孔或圆角矩形孔，圆形孔或圆角矩形孔沿H型钢的对称轴均匀分布；通过在H型钢的腹板上设置腹板开孔，实现了定点屈服，同时有效减轻自重；H型钢采用低屈服点H型钢，并在H型钢的表面涂刷无粘结材料，无粘结材料是为了减小芯材与外包单元之间的摩擦作用力。

第一型材单元与第二型材单元采用结构相同的GERP型材单元，两个GERP形成单元尺寸相同，分别夹设在H型钢的两侧形成侧向支撑，GERP型材单元与H型钢之间设置间隙不贴合，间隙的设置是为了留置出型钢发生屈曲失稳的空间。

外部缠绕的GFRP布材的作用：一是使两个GFRP型材单元形成一个完整的整体，实现共同工作，二是能防止钢材发生锈蚀，提高其耐久性；填充单元采用多孔泡沫材料，填充在拉挤型材与外部缠绕层之间。

本实用新型所述的GFRP-钢屈曲约束支撑，所采用的零部件或构件满足工业化生产，流水线施工，能够实现模块化生产，极大提高生产效率；采用GFRP型材和布材作为外部约束构件，能够降低构件自重，轻质高强，克服传统结构自重大的问题；在外部缠绕GFRP布材，能够解决钢材锈蚀的问题，防腐、耐久性能好。

上述实施例仅仅是能够实现本实用新型技术方案的实施方式之一，本实用新型所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制，还包括在本实用新型所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化、替换及其他实施方式。

Claims (9)

1.一种GFRP-钢屈曲约束支撑，其特征在于，包括核心单元(1)及拉挤型材(2)，核心单元(1)为H型钢；拉挤型材(2)与核心单元(1)的外形匹配，且套设设置在核心单元(1)的外侧；拉挤型材(2)的外侧均匀缠绕有外部缠绕层(4)，外部缠绕层(4)与拉挤型材(2)的外侧之间形成填充空腔；

填充空腔位于核心单元(1)的两个翼缘之间，且对称设置在核心单元(1)的腹板两侧；填充空腔采用填充单元(3)充填密实；其中，拉挤型材(2)采用GFRP拉挤型材；外部缠绕层(4)采用GFRP布材缠绕层。

2.根据权利要求1所述的一种GFRP-钢屈曲约束支撑，其特征在于，拉挤型材(2)包括第一型材单元(21)及第二型材单元(22)；第一型材单元(21)与第二型材单元(22)对称设置在核心单元(1)的两侧；

第一型材单元(21)与第二型材单元(22)的结构相同，分别包括第一U型段、连接段及第二U型段；连接段与核心单元(1)的腹板平行设置，连接段的一端与第一U型段连接，连接段的另一端与第二U型段连接；

其中，第一型材单元(21)中的第一U型段套设在核心单元(1)的上翼缘一侧，第一型材单元(21)中的第二U型段套设在核心单元(1)的下翼缘的一侧；第二型材单元(22)中的第一U型段套设在核心单元(1)的上翼缘的另一侧，第二型材单元(22)中的第二U型段套设在核心单元(1)的下翼缘的另一侧。

3.根据权利要求2所述的一种GFRP-钢屈曲约束支撑，其特征在于，第一U型段与核心单元(1)的上翼缘之间采用螺栓固定，第二U型段与核心单元(1)的下翼缘之间采用螺栓(6)固定。

4.根据权利要求1所述的一种GFRP-钢屈曲约束支撑，其特征在于，填充单元(3)采用多孔泡沫材料。

5.根据权利要求1所述的一种GFRP-钢屈曲约束支撑，其特征在于，还包括两个连接件(5)；两个连接件(5)分别设置在核心单元(1)的两端；连接件(5)包括端板(51)及连接耳板(52)；端板(51)的一侧与核心单元(1)的端部固定，另一端与连接耳板(52)固定，连接耳板(52)上设置有用于连接建筑结构的螺孔。

6.根据权利要求1所述的一种GFRP-钢屈曲约束支撑，其特征在于，核心单元(1)的腹板上均匀开设有若干腹板开孔(12)，若干腹板开孔(12)沿核心单元(1)的腹板中心线间隔布设。

7.根据权利要求6所述的一种GFRP-钢屈曲约束支撑，其特征在于，腹板开孔(12)为圆形孔或圆角矩形孔；其中，圆角矩形孔的长轴方向与核心单元(1)的轴线平行。

8.根据权利要求1所述的一种GFRP-钢屈曲约束支撑，其特征在于，核心单元(1)的表面涂刷有无粘结材料。

9.根据权利要求1所述的一种GFRP-钢屈曲约束支撑，其特征在于，拉挤型材(2)与核心单元(1)之间设置有间隙。

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